https://frosthead.com

Termiittivatsat ja biopolttoaineet

Falk Warnecke kurkisti alas asennetun suurennuslasin läpi ja pisti kevyesti pieneen kasaan vikoja. He olivat kuolleita - jäädytettyjä ja kasattiin jäähdytetyssä metallilohkoon, kuten lusikkaan kiinnitetyt kahvipurkit. Pari tarttuvilla pihdillä hän tarttui yhteen hyönteisiin sen rintakehän alapuolelle ja nosti sen pois lohkosta. Se oli ruskea ja tuskin suurempi kuin ripset. Toisella pihdillä hän puristi vatsansa. Hän veti varovasti ja veti sen kahteen osaan. Kiiltävä, punertava merkkijono liukastui tasaisesti ulos ulkokuoresta. Warnecke hymyili. "Se on hyvä asia termiiteille", hän sanoi paksulla saksalaisella aksentilla. "Saat koko suolen yhtenä kappaleena."

Warnecke ei halua, että termiitin putkisto rehenee ja sen sisältö sekoittuu. Se on hänen kiinnostuksensa sisältö. Suolistossa on sipulikammioita, joihin on turvotettu valtavia määriä mikrobeja, joita termiitit käyttävät hajottamaan selluloosaa puusta tai ruohoa, jota hyönteiset kuluttavat. Kun hän ei kutsu termiittejä "söpöiksi pieniksi eläimiksi", hän viittaa heihin "kävelyreaktoreiksi" ja pitää niiden mehukkaisia ​​sisätiloja eräänlaisena nestemäisenä kullana. Toistaiseksi hän on kiinnostunut vain merkkijonon suurimmasta sipulista, joka tunnetaan nimellä kolmas proktodeaalinen segmentti tai mikrobiökologian kansankielessä nimeltään "hindgut paunch". Tämä mikrolitran kokoinen osasto - paljon suurempi kuin ympäröivät suolistot ja helposti erotettavissa paljaalla silmällä - asuu erillisessä mikrobiyhteisössä, joka joidenkin mielestä voi auttaa ratkaisemaan energiakriisin.

Warnecke, tutkija Yhdysvaltain energiaministeriön yhteisessä genomi-instituutissa Walnut Creekissä, Kalifornia, on herättänyt viime aikoina paljon huomiota työstään termiitteillä. Hyönteiset ovat huomattavan tehokkaita muuttaessaan selluloosaa sokeriksi - ensimmäinen vaihe polttoaineen valmistamiseksi kasveista, kuten puutarhaviljelystä tai poppeleista. Tutkijat eivät voi kilpailla termiittien kanssa. Ne voivat hajottaa selluloosan kovat siteet laboratoriossa, mutta käyttämät entsyymit ovat villisti, kohtuuttoman kalliita. Siellä Warnecke tulee sisään. Hänen tutkimuksensa aikana jotkut ihmiset syyttävät mahdollisuutta kasta termiittien mikrobipatoon ja vetää pois muutamia entsyymejä, jotka mahdollistavat etanolin tuotannon selluloosasta teollisessa mittakaavassa.

Warnecke nosti pihdit syrjään kaksi pitkää neulaa ja työnsi pois termiitin raajat ja rypän. Hän pani tipun puskuriliuosta suolistoon pitääkseen sen kosteana ja jatkoi sitten hyökkäystä kohoavaa takarakon lyöntiä, puukotti toistuvasti kiiltävää sipulia, kunnes sen sisältö valui ulos, ja sekoitettiin puskurin kanssa, jolloin muodostui liete entsyymejä ja selluloosafragmentteja. Pipettillä hän imi osan nestemäisestä "meshistä" ja puristi sen muoviputkeen. Hän toivoo löytävänsä massassa selluloosaa hajottavat entsyymit, mutta ensin on selvitettävä, mitkä suolistossa olevat bakteerit tekevät niistä ja mitkä tosiasiallisesti toimivat selluloosan sulattamisessa.

Arkipäivisin aamuisin, kun sää on hyvä, Warnecke pyöräilee BART-junaan ja vie sen Berkeleystä kukkuloiden läpi korkeatasoiseen esikaupunkialueelle Walnut Creekiin. Rautatieasemalla hän hyppää takaisin pyörälleen ja polkee polkupyörän parin mailin päässä siistiistä kaistaleista ja huoltoasemista Joint Genome Institute -viraston vihreään, teollisuuspuistolaiseen kampukseen. DOE avasi instituutin vuonna 1997 toimimaan ihmisen perimäprojektin keskuksena, joka poisti DNA: n emäsparien sekvenssin. Projekti päättyi vuonna 2003, mutta JGI on edelleen genomien sekvensoinnin ja kartoittamisen globaali keskus. Rakennuksen haarautuneiden laboratorioiden ja toimistojen labyrintin sisällä melkein sata pesukoneen kokoista sekvensointikonetta istuu hyppääen odottaen DNA: n ja RNA: n näytteitä, jotka lähetetään tänne tutkimaan ympäri maailmaa.

Warnecke, joka ansaitsi tohtorin tutkinnon Max Planckin merimikrobiologian instituutissa Bremenissä, Saksassa, on hankkinut entistä harvemman asiantuntemuksen Walnut Creekistä. Hän on osa pientä joukkoa mikrobiologeja, jotka ovat jättäneet agar-levynsä suhteellisen uudelle kentälle, jota kutsutaan metagenomiksi, johon sisältyy DNA: n analysointi suoraan ympäristönäytteistä, kuten termiitin suolet tai lusikallinen valtameren pintavettä, viljeltyjen solujen sijaan.

Yhdysvaltain energiaministeriön tutkija Falk Warnecke tutkii termiittejä toivoessaan auttaa ratkaisemaan energiakriisi (Julia Olmstead) Puumassan termiittihajotus on tutkimuksen kohteena mahdollisille uusille biopolttoaineille (iStockphoto)

"Mikrobiologit ovat luultavasti aina epäilleet puuttuvansa monimuotoisuudesta", Warnecke sanoi. Genomisekvensoinnin alkuaikoina tutkijat kasvattivat yhden tyyppisiä mikro-organismeja kerrallaan, sitten uutettiin ja sekvensoitiin DNA näistä soluista. Heille imeminen satunnainen mikrobikokoelma heti termiitin vatsasta ja toivoen järjestävän ja lajittelevan kunkin bakteerin geneettisen materiaalin olisi heille tuntunut suorastaan ​​rohkealta, ellei mahdotonta.

Warnecke, joka 35-vuotiaana näyttää tuoreta näkevältä Vladimir Putinilta, pitää itseään tutkijana laboratorion penkillä. Hänen kaulansa takana olevat karvat herättävät uusien entsyymien etsimistä - uusien ja erittäin, erittäin pienten alueiden kartoitusta. "Se on kuin olisi ensimmäinen henkilö, joka näki perhosia", hän sanoo.

Vaihtaessaan laboratorion jakkarallaan Warnecke alkoi asettua prosessiin, jonka hän vietti loppupäivän viimeistelyyn. Hän mukautti suojalasit ja lateksihansikkaat, poimi toisen termiitin ja aloitti rasvanpoiston uudelleen. Tämä termiitti, Nasutitermes-vartija, oli ruskea kuten muutkin ja siinä oli kiiltävä, reunattu vatsa. Sen silmättömässä, pyöreässä päässä oli kaksi nappulaa ylöspäin. Nasutitermes- suvun termiitit ravitsevat kuivaa kuollutta puuta. Tämä, ennen kuin se jäädytettiin ja lähetettiin tänne Floridasta, oli ollut työntekijä, kastin jäsen, joka oli osittain vastuussa selluloosan löytämisestä ja prosessoinnista pesän sotilaiden ja lisääntymismaksujen ruokkimiseksi.

Nasutitermes on suku, joka on lähellä Warnecken sydäntä. Vuonna 2007 hänen suvun kanssa tekemässä metagenomisessa tutkimuksessa löydettiin joukko uutta tietoa siitä, mitä tapahtuu hyönteisten vatsan sisällä. Hän ei vain löytänyt aikaisemmin tuntemattomia entsyymejä, mutta vahvisti myös, että niin kutsuttujen "korkeampien" termiitien luokassa takarakon asukkaat bakteerit syntetisoivat näitä entsyymejä - vain spekulointia ennen Warnecken tutkimusta. Tämä työ sai hänelle ensimmäisen tekijän kirjoituksen arvostetussa Nature- lehdessä . Sen jälkeen tuli mediasta kiinnostusta, luentopyyntöjä ja nyt 240 000 dollarin apuraha Energy Biosciences Institute -yhtiöltä - UC Berkeleyn uudesta biopolttoainehankkeesta BP: n kanssa - viettääksesi seuraavat kaksi vuotta tarkemmin termiittien suolen tutkimiseen, tällä kertaa kolmella eri ruohoisella ruokinnalla. lajeja.

Warnecken suhde termiiteihin on sukupuolisen pakkomielen merkki. Viikonloppuna kävellen Tilden-puiston läpi Berkeleyn kukkuloilla Warnecke liukastaa sauvat ja kouralliset pehmeää metsähiekkaa taskuihinsa. Hän vie roskat takaisin asuntoonsa ja sirottaa sen terariumiin, jossa asuu muutama sata termiittiä, jotka hän on kerännyt Kalifornian villistä. Nämä hyönteiset eivät ole tarkoitettu halkeamiseen, vaan vain hoidettaviksi. "En oikeastaan ​​tiedä, mitä heille ruokitaan", hän sanoi, "mutta uskon heidän olevan onnellinen." Warnecke on pienten pakollinen kuraattori; hän palvelee pieniä organismeja ja niiden mikroskooppisia sisämeriä.

Labnecke pyyhkäisi laboratoriossa kasan nyt sulatettuja termiittibittejä kädessään ja heitti ne biovaaralliseen roskakoriin. Hän oli lopettanut ensimmäisen sarjansa - viisikymmentä per putki - ja meni hakemaan tuoretta kokoelmaa huoneen toisella puolella olevasta pakastimesta. Hän on väkivaltainen heidän kanssaan, mutta hänen kiintymyksensä termiiteihin on ilmeinen. Hänen teoksensa vihreän energian potentiaali jättää Warnecken kuitenkin enimmäkseen liikkumattomaksi. Hän keskustelee mielellään biopolttoaineiden toteutettavuudesta, mutta sanoo, että aiheet eivät animoi häntä.

Hän avasi uuden termiittiputken ja kaatoi pienen kasan metalliputkeen. Hän lensi seuraavana päivänä Eurooppaan puhuakseen keskustelukierroksen termiittityöstään akateemikoille, jotka haluavat olla selluloosan hajoamisen tutkimuksen eturintamassa. "On hienoa, että meillä on sovellettu näkökulma, ja toivon, että siitä tulee hyödyllinen panos", Warnecke sanoi olevan hieman kulunut kaikesta jännityksestä. "Mutta olen ensinnäkin kiinnostunut perustieteistä, mikrobien monimuotoisuudesta ja symbioosista." Sitten hän poimi toisen termiitin ja jakoi sen kahteen osaan.

Termiittivatsat ja biopolttoaineet